基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的制作方法

本发明涉及地热井技术领域，具体涉及一种基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井。

背景技术：

地热是来自地球内部核聚变产生的一种能量资源，地热能是一种清洁能源和可再生能源，在供热制冷方面应用广泛，其开发前景十分广阔。

建造地热井是对地热资源利用的关键步骤，对于不同地质，地热井的井身结构也是不尽相同的。对于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井，其中粉质粘土层为褐色，局部夹粉土、粉砂和淤泥，相对隔水；卵石层的成分为亚圆形的砂岩、石英岩和燧石等，级配较好，各成分混杂分布，相见充填，水量丰富，是良好的含水地层；泥质粉砂岩为紫红色，铁泥质胶合，含砾石，半坚硬，相对隔水。

地热井的过滤功能对后续地热的利用至关重要，如果泥沙进入地热井中，潜水泵将含泥沙的水抽出进行利用，容易造成设备的损坏，影响系统运行，造成重大损失；而且，随着泥沙进入地热井中的数量增多，还会导致井道淤塞，影响地热井的正常使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井，以提高地热井中水源的质量，同时保持地热井中水源的温度。

本发明提供的一种基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井，包括从上至下排列的固井段和过滤器井段，所述固井段包括6米长的井壁管，所述井壁管与井身之间采用水泥浆回灌；所述过滤器井段包括6米长的透水管，所述透水管与井身之间设有过滤器，且在透水管与井身之间填充卵石；在所述过滤器井段底部设置有5米长的沉淀井段，该沉淀井段的直径小于所述固井段和过滤器井段的直径。

本发明中，地热井从上至下依次为固井段、过滤器井段和沉淀井段，而地热井建造位置的地质结构从上至下依次分为5米的粉质粘土层、7米的卵石层和5米的泥质粉砂岩层，由于粉质粘土层的结构松散，而且含水量少，因此为了保证井身结构的稳定性，以及防止冷水进入到地热井中，将固井段深度定为6米，并采用6米长的井壁管和回灌水泥浆的方式进行加固；由于卵石层的含水量丰富，因此在卵石层设置深度为6米的过滤器井段，采用6米长的透水管加固，在透水管和井身之间设置的过滤器可以将地下水中的泥沙阻隔在透水管与井身之间，防止泥沙进入地热井中，并在透水管与井身之间填充卵石，以进一步保证过滤器井段的稳定性，同时由于填充物与过滤器井段所处地质的主要成分相同，不会影响地下水的流通；在过滤器井段底部设置5米长的沉淀井段，当过滤器性能下降时，不可避免的会有泥沙进入到地热井内，此时，由于泥沙的密度大于水的密度，因此在重力的作用下，泥沙会落在沉淀井段的底部，不会被潜水泵抽出进入循环系统，提高了地热井中水源的质量，由于泥质粉砂岩较为坚硬，因此该沉淀井段设计为裸井，且其直径小于固井段和过滤器井段的直径，可以在保证井身结构强度的同时节省地热井的建造成本。

优选地，所述井壁管包括外井壁管和内井壁管，所述内井壁管通过固定支架与所述外井壁管连接，所述外井壁管和内井壁管之间设置有保温层。由于固井段处于井身的上方，该地层的温度较低，地热井中的水源接触到井壁管将会导致热量散失，因此，在固井段处设置保温层可有效防止地热井中水源热量的流失。

优选地，所述保温层为聚氨酯发泡层。利用发泡技术在外井壁管和内井壁管间形成的聚氨酯保温层具有良好的保温效果，能够满足长时间的保温需求，而且聚氨酯材料具有良好的耐磨性、耐老化性和粘合性，可以适用于地热井的使用环境。

优选地，所述外井壁管的内表面设置有红外线反射涂层。外井壁管内表面设置的红外反射涂层可以对聚氨酯保温层的红外线进行反射，降低聚氨酯保温层热量的扩散，提高保温效果。

优选地，所述内井壁管的外表面设置有太阳能吸热涂层。由于内井壁管直接接触地热井中的水源，导致其外表面有较高的温度，而太阳能吸热涂层能够较好吸收红外线，从而在内井壁管的外表面形成一个聚热层，降低内井壁管的热量溢出，进一步提高了保温效果。

优选地，所述内井壁管和外井壁管均为不锈钢材质。采用不锈钢材质的内井壁管和外井壁管可以提高井身结构的强度，防止井身坍塌，而且不锈钢材质具有较好的耐腐蚀性，可以适用于地热井中复杂的水源环境，延长地热井的使用寿命。

优选地，所述内井壁管的内表面设置有防腐涂层。由于地下的环境一般都比较恶劣，地热井中的水源的腐蚀性较强，在内井壁管的内表面设置防腐涂层，可以对其进行保护，延长其使用寿命。

优选地，所述过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置，所述二级过滤装置设置于所述一级过滤装置内；所述一级过滤装置包括基础管、保护挡筋和包网，所述基础管为圆管，所述基础管管壁上均匀布置有透水孔，所述保护挡筋竖向焊接在基础管外壁上，保护挡筋等间距布置，所述包网包裹在保护挡筋及基础管外壁上，包网竖向包裹的范围大于保护挡筋的范围，包网外用铁丝缠绕固定在保护挡筋及基础管外壁上；所述二级过滤装置包括内管、外管、隔板和滤芯，所述内管和外管均为圆管，内管和外管同轴设置，外管管壁上均匀布置有透水孔，外管顶端设置有吊环，所述隔板一端与内管外壁固定连接，隔板另一端与外管内壁固定连接，隔板将内管与外管之间分割为多个腔室，所述滤芯填充在所述腔室中，腔室上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水；所述外管顶端设置有向外突出的环形的外管突出体，所述基础管设置有向内突出的环形的基础管上突出体和基础管下突出体，所述外管向下穿过所述基础管上突出体内圆，外管突出体压在基础管上突出体上，外管底部压在所述基础管下突出体上，所述基础管上突出体与外管突出体之间垫有胶垫，所述基础管下突出体与外管底部之间垫有胶垫。

本发明中的过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置。其中一级过滤装置对泥沙进行粗滤，主要用于过滤掉大颗粒的砂子，基础管管壁上均匀布置有透水孔，包网包裹在管外，地下水要进入地热井中，首先要经过包网及基础管的透水孔两层过滤，过滤掉大颗粒的砂子。二级过滤装置对泥沙进行精滤，主要用于过滤掉细小的泥沙，二级过滤装置包括内管、外管、隔板和滤芯，内管与外面同轴布置，隔板是内管与外管的连接骨架，同时将内管与外管之间的空间隔为多个腔体，腔体内充填滤芯，通过这样的设计，使整个二级过滤装置为一个整体，结构牢固；二级过滤装置主要靠设在外管管壁上的透水孔和腔室中的滤芯两层过滤，内管管壁未设置透水孔，腔室上、下端为敞口，地下水进入腔室后，沿腔室上、下流动，从腔室上、下端排出，通过这样的设计，延长了地下水在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果。一级过滤装置滤孔较大，不易堵塞，能过滤掉大颗粒砂子，二级过滤装置滤孔小，容易堵塞，能过滤掉细小泥沙，采用这种分级过滤的方式，既能较彻底地过滤掉砂子，又能减小过滤器堵塞的概率。外管向下穿过基础管上突出体内圆，外管突出体压在基础管上突出体上，外管底部压在基础管下突出体上，使二级过滤装置和一级过滤装置结合在一起，并且它们之间均垫有胶垫，通过二级过滤装置的自重压实胶垫，密封效果好，泥沙不会从缝隙流出。二级过滤装置为整体式设计，可轻易与基础管上突出体和基础管下突出体分离，可通过设置在外管顶端的吊环将二级过滤装置整体吊出地热井进行清洗、维修或更换，清洗、维修或更换后再将二级过滤装置吊入地热井中，与一级过滤装置组合在一起使用，由此可延长过滤器的使用寿命，进一步提高了地热井中水源的质量。

优选地，所述滤芯为不锈钢滤芯，所述内管的外壁和隔板上设置有向外突出的固定件，所述固定件用于固定所述不锈钢滤芯；所述每个腔室的横截面积相等。不锈钢滤芯具有良好的过滤性能，过滤后的地下水能满足系统使用要求，其耐蚀性、耐热性、耐压性、耐磨性好，能满足恶劣的地下环境，其芯气孔均匀、精确的过滤精度，单位面积的流量大，能提高精滤的效率，提高过滤效率，其清洗之后可以再使用，免更换，节约资源，降低成本；经粗滤后的地下水从外管的透水孔进入腔室后，沿腔室上、下流动，经腔室敞口排出，滤芯容易发生位移、结团，固定件对不锈钢滤芯起固定作用，过滤时，水的流动不会使滤芯发生位移，滤芯不会结团，从而保证了滤芯的正常工作，提高了过滤效果；而各腔室的横截面积相等，进出腔室的水量均匀，可以进一步提升过滤的效果和效率。

优选地，所述基础管的透水孔为条形孔，所述上、下相邻两排的条形孔相互错开。采用条形孔，能满足粗滤要求，上、下相邻两排相互错开，使透水孔分布更均匀，过滤进入基础管的地下水也更均匀，可以进一步提升过滤的效果和效率。

优选地，为了优化结构，所述保护挡筋采用防锈圆钢，所述圆钢直径为4mm,圆钢间距为20mm。

优选地，所述包网为尼龙丝包网。尼龙丝包网能过滤掉大颗粒的砂子，达到粗滤的要求。

优选地，所述铁丝采用镀锌铁丝，铁丝缠绕间距为10mm。采用镀锌铁丝，防止缠绕的铁丝因被腐蚀而断裂，导致包网脱落，同时为了优化结构，铁丝缠绕间距为10mm。

优选地，所述外管的透水孔为圆形孔，所述圆形孔左、右两列相互错开。采用圆形孔，能满足精滤的要求，左、右相邻两列相互错开，使透水孔分布更均匀，进入腔室的地下水也更均匀，提升过滤的效果和效率。

优选地，所述基础管的透水孔的过水面积大于所述外管的透水孔的过水面积。基础管的透水孔的过水面积大于外管的透水孔的过水面积,能保证粗滤为精滤提供足够的水量，提升过滤效率。

优选地，所述基础管内外表面、内管的内外表面、外管的内外表面和透水孔的表面均涂有防腐蚀层。地下的环境一般都比较恶劣，腐蚀性较强，在基础管内外表面、内管的内外表面、外管的内外表面和透水孔的表面这些与地下水或土壤直接接触的部分涂一层防腐蚀层，能减小过滤器部件的腐蚀，延长使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明所述基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的结构示意图；

图2为本发明所述基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的井壁管的结构示意图；

图3为本发明所述基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的过滤器的剖视结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图3的B-B剖视图；

图6为图3的C-C剖视图；

图7为本发明所述基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的过滤器的基础管与二级过滤装置结合的结构示意图；

图8为本发明所述基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井的过滤器的二级过滤装置的结构示意图。

附图标记：

1-井壁管；2-透水管；3-过滤器；

11-外井壁管；12-内井壁管；13-固定支架；14-聚氨酯保温层；15-红外线反射涂层；16-太阳能吸热涂层；31-基础管；32-保护挡筋；33-包网；34-铁丝；35-外管；36-内管；37-腔室；38-隔板；39-透水孔；

311-基础管上突出体；312-基础管下突出体；351-外管突出体；352-吊环；361-固定件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例中地热井建造位置的地质结构的主要成分从上至下依次为5米的粉质粘土层、7米的卵石层和5米的泥质粉砂岩层，其中，粉质粘土层的结构松散，含水量少，卵石层的结构也松散，但是含水丰富，泥质粉砂岩的结构相对紧密，稳定性较好；因此，为了保证井身结构的稳定性和地热井中水源的质量，本发明实施例提供的一种基于粉质粘土层、卵石层、泥质粉砂岩多层地质的地热井，从上至下依次为固井段、过滤器井段和沉淀井段，其中固井段为6米，相应地采用6米长的井壁管1加固，在井壁管1和井身之间采用水泥浆回灌，以提高地热井的稳定性；过滤器井段为6米，相应地采用6米长的透水管2加固，在透水管2与井身之间设有过滤器3，并在透水管2与井身之间填充卵石，进一步巩固井身结构的稳定性，卵石层中的地下水经由过滤器3从透水管2上的孔中流入到地热井中，过滤后的地下水水质得到了改善，水中泥沙的含量大幅减少，可满足后续对地热井中的水源的利用需求；沉淀井段为5米的裸井，其直径小于固井段和过滤器井段的直径，当过滤器性能下降时，不可避免的会有泥沙进入到地热井内，此时，由于泥沙的密度大于水的密度，因此在重力的作用下，泥沙会落在沉淀井段的底部，不会被潜水泵抽出进入循环系统，进一步保证了地热井中水源的质量。

如图2所示，所述井壁管1包括外井壁管11和内井壁管12，该内井壁管12通过固定支架13与外井壁管11连接，在外井壁管11和内井壁管12之间设置有发泡形成的聚氨酯保温层14，由于固井段处于井身的上方，该地层的温度较低，地热井中的水源接触到内井壁管12将会导致热量散失，因此，在固井段处设置保温层可有效防止地热井中水源热量的流失；所述外井壁管11的内表面设有红外线反射涂层15，该红外线反射涂层15是以热固性树脂材料为低温成膜物质，以低熔点和低膨胀系数特制无铅玻璃粘结剂为高温粘结材料，经特殊工艺加工制备的一种具有红外反射功能的，耐高温、粘结性强且无毒无污染的有机无机复合涂层，可以对聚氨酯保温层14的红外线进行反射，降低聚氨酯保温层14热量的扩散，提高保温效果；由于内井壁管12直接接触地热井中的水源，导致其外表面有较高的温度，因此在所述内井壁管12的外表面设有太阳能吸热涂层16，可以较好地吸收红外线，从而在内井壁管12的外表面形成一个聚热层，降低内井壁管12的热量溢出，进一步提高了保温效果，该太阳能吸热涂层16为钢的阳极氧化涂层，具有耐潮湿的特点，适用于地热井内的使用环境。

上述外井壁管11和内井壁管12均为不锈钢材质，可以提高井身结构的强度，防止井身坍塌，而且不锈钢材质具有较好的耐腐蚀性，可以适用于地热井中复杂的水源环境，延长地热井的使用寿命

此外，由于地下的环境一般都比较恶劣，地热井中的水源的腐蚀性较强，因此在上述内井壁管12的内表面设置有防腐涂层,以进一步对其进行保护，延长其使用寿命。本实施例采用的防腐涂层以聚氨酯改性环氧树脂为基底，以云母氧化铁红为主要颜填料，其对不锈钢表面有较强的附着力，可以在地热井潮湿的环境下长久工作而不脱落。

如图3-7所示，所述过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置，二级过滤装置设置于一级过滤装置内；一级过滤装置包括圆形的基础管31、保护挡筋32和包网33，基础管31管壁上均匀布置有透水孔39，透水孔39为条形孔，上、下相邻两排相互错开，保护挡筋32采用直径为4mm的防锈圆钢，竖向焊接在基础管31外壁上，其间距为20mm，包网33为尼龙丝包网33，包裹在保护挡筋32及基础管31外壁上，包网33竖向包裹的范围大于保护挡筋32的范围，包网33外用镀锌铁丝34以10mm间距缠绕固定在保护挡筋32及基础管31外壁上；二级过滤装置包括内管36、外管35、隔板38和滤芯，内管36和外管35均为圆管，内管36和外管35同轴设置，外管35管壁上均匀布置有透水孔39，透水孔39为圆形孔，左、右两列相互错开，基础管的透水孔39的过水面积大于外管的透水孔39的过水面积，外管35顶端设置有四个吊环352，隔板38一端与内管36外壁固定连接，隔板38另一端与外管35内壁固定连接，隔板38将内管36与外管35之间分割为多个横截面积相等的腔室37，滤芯采用不锈钢滤芯，填充在腔室37中，腔室37上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水，内管36的外壁和隔板38上设置有向外突出的固定件361，固定件361用于固定不锈钢滤芯，基础管31内外表面、内管36的内外表面、外管35的内外表面和透水孔39的表面均涂有防腐蚀层；外管35顶端设置有向外突出的环形外管突出体351，基础管31设置有向内突出的环形基础管上突出体311和基础管下突出体312，外管35向下穿过基础管上突出体311内圆，外管突出体351压在基础管上突出体311上，外管35底部压在基础管下突出体312上，基础管上突出体311与外管突出体351之间垫有胶垫，基础管下突出体312与外管35底部之间垫有胶垫。

其中一级过滤装置对泥沙进行粗滤，主要用于过滤掉大颗粒的砂子；基础管31管壁上均匀布置有条形透水孔39，上、下相邻两排相互错开，使透水孔39分布更均匀，过滤进入基础管31的地下水也更均匀，尼龙丝包网33通过保护挡筋32垫衬，包裹在管外，用镀锌铁丝34固定，地下水要进入地热井中，首先要经过尼龙丝包网33及基础管的透水孔39两层过滤，过滤掉大颗粒的砂子。二级过滤装置对泥沙进行精滤，主要用于过滤掉细小的泥沙，二级过滤装置包括内管36、外管35、隔板38和滤芯，内管36与外管35同轴布置，隔板38是内管36与外管35的连接骨架，同时将内管36与外管35之间的空间隔为多个横截面积相等的腔室37，通过这样的分割过滤，各腔室37水量均匀，能提升过滤的效果和效率，腔室37内填充不锈钢滤芯，通过这样的设计，使整个二级过滤装置为一个整体，结构牢固；同时，不锈钢滤芯具有良好的过滤性能，过滤后的地下水能满足系统使用要求，其耐蚀性、耐热性、耐压性、耐磨性好，能满足恶劣的地下环境，其芯气孔均匀、精确的过滤精度，单位面积的流量大，能提高精滤的效率，满足系统用水需求，其清洗之后可以再使用，免更换，节约资源，降低成本；二级过滤装置主要靠设在外管35管壁上的透水孔39和腔室37中的滤芯两层过滤，透水孔39上、下相邻两列相互错开，使透水孔39分布更均匀，进入腔室37的地下水也更均匀；基础管的透水孔39的过水面积大于外管的透水孔39的过水面积,能保证粗滤为精滤提供足够的水量，提升过滤效率；内管36未设置透水孔39，腔室37上、下端开口，地下水进入腔室37后，向腔室37两端流动，从腔室37上、下端排出，通过这样的设计，延长了地下水在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果，由于过滤过程中，滤芯容易发生位移、结团，固定件361对不锈钢滤芯起固定作用，过滤时，水的流动不会使滤芯发生位移，滤芯不会结团，从而保证了滤芯的正常工作，提高了过滤效果；地下的环境一般都比较恶劣，腐蚀性较强，在基础管31内外表面、内管36的内外表面、外管35的内外表面和透水孔39的表面这些与地下水或土壤直接接触的部分涂一层防腐蚀层，能减小过滤器部件的腐蚀，延长使用寿命。

一级过滤装置滤孔较大，不易堵塞，能过滤掉大颗粒砂子，二级过滤装置滤孔小，容易堵塞，能过滤掉细小泥沙，采用这种分级过滤的方式，既能较彻底地过滤掉砂子，又能减小过滤器堵塞的概率。

外管35向下穿过基础管上突出体311内圆，外管突出体351压在基础管上突出体311上，外管35底部压在基础管下突出体312上，通过这种可拆卸的方式将二级过滤装置和一级过滤装置结合在一起，同时结合位置之间均垫有胶垫，通过二级过滤装置的自重压实胶垫，密封效果好，泥沙不会从缝隙流出；二级过滤装置和一级过滤装置可拆卸分离，可以通过外管35顶端设置的吊环352将二级过滤装置整体吊起来清洗、维修或更换，清洗、维修或更换后再将二级过滤装置吊入地热井中，与一级过滤装置组合在一起使用，从而提高了地热井中水源的质量。

本实施例所述过滤器在抽水和回灌中运行方式不同，具体如下：

抽水时，需要一级过滤装置和二级过滤装置共同作用，将二级保护装置吊入地热井中，外管5向下穿过基础管上突出体311内圆，外管突出体351压在基础管上突出体311上，与一级过滤装置组装在一起，含有泥沙的地下水流过尼龙丝包网33，经基础管31上的条形透水孔39进入地热井中，在井外经过尼龙丝包网33和条形透水孔39的过滤完成泥沙的一级过滤；经过粗滤后的地下水经外管35上的圆形透水孔进入腔室37，经不锈钢滤芯的精滤，从腔室37上、下敞口排出，完成泥沙的二级过滤，从而得到满足生产需求的地下水源。

回灌是要将利用后的水源经地热井灌回地下，为了减小回灌的阻力，需要将二级过滤装置整体吊出井外，回灌水经基础管31上的条形透水孔39流出，然后透过尼龙丝包网33流回到地下，与抽水过滤时的水流流向相反，对一级过滤装置有清洗的作用，防止滤孔堵塞，同时，二级过滤装置吊出后，可对其进行清洗、维修或保养。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。